測量不確定度基礎知識

2021-01-08 騰訊網

一、名詞解釋

測量不確定度:表徵合理地賦予被測量之值的分散性,與測量結果相聯繫的參數。

測量結果:被測量之值的最佳估計,是指對觀測結果或測得值進行切當處理、修正或經過必要計算而得到的量值或報告值。

測量不確定度作用:確定測量結果可被信賴的程度,即測量結果的質量。不確定度越小,所述結果與被測量的真值愈接近,質量越高,水平越高,其使用價值越高;不確定度越大,測量結果的質量越低,水平越低,其使用價值也越低。

二、測量不確定度的表示

測量不確定度用於定量表示測量結果的可靠程度,是「說明了置信水準的區間的半寬度」。就是說,測量不確定度需要用兩個數來表示:一個是不確定度的大小,即置信區間;另一個是置信概率(或置信水準、置信水平、置信係數),表明測量結果落在該區間有多大的把握。

舉例:測量作者胡崴麒的身高為160㎝,或許多了2㎝或許少了2㎝,置信概率為99%。那麼該測量結果可以表示為:160㎝±2㎝,置信概率為99%

理解上述測量結果:胡崴麒的身高有99%的把握,在158㎝到162㎝之間。對於測量而言,沒有給定置信概率的不確定度是不完整的。

三、測量不確定度在符合性判斷中的應用

測量不確定度應用於諸多領域,以其在符合性判斷中的應用為例,當數值處於規定的上、下限附近並要求作出符合性判斷時,通過對不確定度的評定不僅可以定量地表示出測量水平的高低,而且可以降低誤判的風險。下圖表示了測量不確定度在符合性判斷中的應用,下表列出了測量結果合格與否的可能情況。

其中:

、、、為合格;

、為合格>不合格;

、為不合格>合格;

、、、為不合格。

四、測量不確定度的構成和分類

五、標準不確定度

標準不確定度定義為「以標準偏差表示的測量不確定度」。在統計技術中,標準偏差用小寫斜體英文字母s表示。標準不確定度用小寫斜體英文字母u表示。

測量不確定度由多個分量組成。其中的一些分量可用測量列結果的統計分布估算,並用實驗標準偏差表徵,這種評定方法稱之為標準不確定度的A類評定方法。另一類分量可用基於經驗或其他信息的假定概率分布估算,也可用標準偏差表徵,這種評定方法稱之為B類評定方法。

不確定度的A類評定

不確定度的A類評定定義為「用對觀測列進行統計分析的方法,來評定標準不確定度」。

不確定度的A類評定所得到的標準不確定度分量成為A類不確定度分量,用符號uA表示。

也可以用相對不確定度uArel=uA(x)/|X|,(x≠0)表示,x是被測量X的最佳估計值。

不確定度的B類評定

不確定度的B類評定定義為「用不同於觀測列進行統計分析的方法,來評定標準不確定度」。

不確定度的B類評定所得到的標準不確定度分量成為B類不確定度分量,用符號uB表示。

也可以用相對不確定度uBrel=uA(x)/|X|,(x≠0)表示,x是被測量X的最佳估計值。

六、合成標準不確定度

合成標準不確定度定義為「當測量結果是由若干個其他量的值求得時,按其他各量的方差或(和)協方差算得的標準不確定度」。

合成標準不確定度是測量結果標準差的估計值,用符號uC表示。

也可以用相對不確定度uCrel=uA(y)/|Y|,(y≠0)表示,y是被測量Y的最佳估計值。

方差是標準偏差的平方,協方差是由相關性導致的方差。

當兩個被測量的估計值具有相同的不確定度來源,特別是受到相同的系統誤差效應的影響時(如使用了同一臺測量儀器),兩者之間就存在相關性。如果改變其中一個量,使得兩個量的變化方向相同(同時增大或同時減小)成為正相關;如果兩個量的變化方向相反(一個增大另一個就減小),則成為負相關,由這種相關性所導致的方差稱為協方差。

可以通過改變測量程序或通過變量的變換來消除相關性。

七、擴展不確定度

在實際工作中,往往需要知道測量結果的置信區間。因此規定不確定度可以用諸如標準偏差或其倍數或者說明了置信概率的區間的半寬度來表示。

舉例:如果使用兩倍標準偏差表示服從正態分布的測量結果的不確定度,其置信概率約為95%,用三倍標準偏差表示的測量不確定度,其置信概率約為99%。

究竟用多少倍標準偏差來表示測量結果的不確定度,應根據要求的置信概率來合理地賦予。

擴展不確定度定義為「確定測量結果區間的量,合理賦予被測量之值分布的大部分可能包含此區間」,實際擴展不確定度是用合成標準不確定度的倍數表示的不確定度,通常用大寫斜體英文字母U表示。

也可以用相對不確定度Urel=U/|Y| (y≠0),y是被測量Y的測量結果。

舉例:某被測量X的測量結果x的擴展不確定度U=2uc,則表明置信區間為(x-2uc,x+2uc),測量結果x以大約95%的置信概率落在該區間內。如果測量結果x的擴展不確定度U=3uc,則表明置信區間為(x-3uc,x+3uc),測量結果x以大約99%的置信概率落在該區間內。

八、包含因子

包含因子定義為「為求得擴展不確定度,對合成不確定度所乘之數字因子」。

包含因子等於擴展不確定度與標準不確定度之比,其取值決定於擴展不確定度的置信概率。

結語:以上為測量不確定度的基礎知識,主要講解了測量不確定度的定義、表示、在符合性判斷中的應用、構成和分類五個方面。由於網頁編輯功能限制,斜體表示的符號和word編輯的公式無法導入,最終只能用不正確的字母表示和簡易公式代替,後續也會尋求更適合網頁展示的輸入方式,希望大家諒解。下次更多會針對測量不確定度的來源、測量誤差與側來那個不確定度的主要區別進行講解,個人理解,這兩篇是學習和使用測量不確定度的基礎,概念一定要理解,不然後續案例分享中會出現混亂和混淆。

相關焦點

  • 測量不確定度的來源
    上期回顧: 上期介紹了測量不確定度的基礎知識,主要講解了測量不確定度的定義、表示、在符合性判斷中的應用、構成和分類五個方面的基礎知識,相信讀者對測量不確定度有了初步的認識,現簡要總結如下: 1.
  • 測量誤差與測量不確定度的主要區別
    上期回顧:上期從人(測量人員)、機(測量設備)、料(被測對象)、法(測量方法)、環(測量環境)五個方面進行,分析測量不確定度來源的原因,希望對讀者完善測量過程,制定有效措施減小和消除測量不確定度,確保檢測結果準確可靠。
  • 測量不確定度與誤差分析
    很久以來,人們一直使用誤差理論對測量結果進行修正,隨著科學技術的發展和測量技術的提高,已有越來越多的計量學者認識到使用不確定度評定測量質量更為準確,測量不確定度評定成為檢測和校準實驗室必不可少的工作之一。本文結合筆者的理解談談二者之間的關係。   首先應該明確,測量結果是一個區域,測量的目的是為了確定被測量的量值。
  • 不確定度系列3:測量不確定度在測量結果中的表達
    測量結果應包含測量不確定度,比如校準結果示值誤差需要報告示值誤差的不確定度,檢測結果臨界值的合格判定需要給出不確定度,而不確定度如何表達呢?01—有效位數測量不確定度本來就是一個不確定的量,如果給出太多的位數或者小數位是沒有意義的。不確定度的取位主要考慮修約誤差限在不確定度中的佔比。
  • 測量不確定度誤差的區別
    三、影響因素的區別:  測量不確定度由人們經過分析和評定得到,因而與人們對被測量、影響量及測量過程的認識有關;  測量誤差是客觀存在的,不受外界因素的影響,不以人的認識程度而改變;  因此,在進行不確定度分析時,應充分考慮各種影響因素,並對不確定度的評定加以驗證。
  • 測量的不確定度概念
    2)測量不確定度的表述:由於對任何測量總是存在懷疑的餘量,所以我們需要回答「餘量有多大?」和「懷疑有多差?」3)如何給不確定度定量?需要有兩個數:1)餘量(或稱區間)的寬度;2)置信概率,說明我們對真值在該餘量範圍內有多大把握。如:繩子長度:200cm±1cm,置信概率為95%3、誤差就是不確定度嗎?
  • 測量不確定度的概念
    2、什麼是測量不確定度?• 1)測量不確定度是對任何測量的結果存有懷疑。• 2)測量不確定度的表述:由於對任何測量總是存在懷疑的餘量,所以我們需要回答「餘量有多大?」和「懷疑有多差?」任何我們不知/不確定的誤差是不確定度的來源3、為什麼測量不確定度是重要的?• 1)做質量好的測量 & 並要了解結果。• 2)但還有更重要因素:1.
  • 測量不確定度評定及應用
    貫徹國家計量技術規範《測量不確定評定與表示》(JJF1059-1999)水利部水工金屬結構質量檢驗測試中心  張步新  曹樹林  張偉平摘  要:對測量誤差和測量不確定度的基本概念作了簡單介紹,並舉例說明了測量不確定度A類和B類評定以及測量結果給出的方法,為測量不確定度評定提供參考。
  • 淺談測量不確定度與誤差的區別
    測量不確定度和誤差是計量學中研究的基本命題,也是計量測試人員經常運用的重要概念之一。它直接關係著測量結果的可靠程度和量值傳遞的準確一致。然而很多人由於概念不清,很容易將二者混淆或誤用,本文結合學習《測量不確定度評定與表示》的體會,著重談談二者之間的不同之處。
  • 不確定度系列1:測量不確定度的誕生
    在久遠歷史(我還沒出生)的誤差表示中,或者不嚴謹的儀器說明書中,說誤差為±1℃,其實這裡不是誤差的定義,表達的是最大允許誤差。體溫計測得值為36℃,說明書表明誤差為±1℃,如果體溫計未經校準,那實際的體溫在35℃~37℃範圍內,是多少無法確定。
  • 測量不確定度評定在計量檢定中的應用
    沒有質量檢驗的產品和工程是不能放心使用的,同樣,沒有測量不確定度評定報告的測量結果也是不能放心使用的。換句話說,測量結果必須給出不確定度評定報告才有完整的意義。然而,筆者發現絕大多數技術機構在日常的計量器具檢定中卻極少做測量不確定度評定。
  • 測量誤差和測量不確定度的重要區別!
    但不能用不確定度對測量結果進行修正。對已修正測量結果進行不確定度評定時,應考慮修正不完善引入的不確定度分量,即應考慮修正值的不確定度。雖然測量誤差和測量不確定度都可用來描述測量結果,測量誤差是描述測量結果對真值的偏離,而測量不確定度則描述被測量之值的分散性,但兩者在數值上並無確定的關係。測量結果可能非常接近於真值,此時其誤差很小,但由於對不確定度來源認識不足,評定得到的不確定度可能很大。也可能測量誤差實際上較大,但由於分析估計不足,評定得到的不確定度可能很小,例如當存在還未發現的較大誤差時。
  • 計量測量的不確定度詳解
    有正號或負號的量值,其值為測量結果減去被測量的真值。
  • 元器件檢測的測量不確定度評定方法與實例
    摘要:介紹了元器件檢測實驗室對測量不確定度評定的要求,測量不確定度評定的一般步驟和方法。對元器件檢測中的測量不確定度評定的若干問題進行了分析,用一個實例說明了如何在元器件檢測中實施測量不確定度評定。
  • 色譜實驗中測量不確定度評價規則理論
    在日常實驗中正確掌握測量不確定度是十分必要的。本文是基於色譜實驗中測量不確定度的評價,供廣大讀者討論。文中如有錯誤觀點,歡迎指正。測量不確定度從詞義上理解,意味著對測量結果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度,是定量說明測量結果的質量的一個參數。
  • 電子變壓器測量誤差和測量不確定度的描述
    我國在1999年制定了技術規範《測量不確定度評定與表示》(JJF1059-1999)。不確定度一詞意指可疑程度。就廣義而言,電子變壓器測量不確定度意為對測量結果正確性的可疑程度。二、測量誤差與測量不確定度測量不確定度的定義為表徵合理賦予被測量值的分散性,是與測量結果相聯繫的參數。測量誤差的定義為測量結果減去被測量真值。真值是與特定量定義一致的值。
  • 測量誤差和測量不確定度的10點區別
    >誤差:表明測量結果偏離參考量值,是一個確定的值不確定度:表明被測量之值的分散性,是一個區間 2、分類誤差:按出現於測量結果中的規律分為隨機誤差和系統誤差不確定度:按是否用統計學方法求得,分為A類評定和B類評定,在評定時一般不區分其性質。
  • 對於測量不確定度你還有什麼疑問?「測量不確定度評估——GUM法」答疑精編!
    法」網絡公開課,公開課課件昨天小編也在公眾號為大家進行了分享:「測量不確定度評估——GUM法」網絡公開課課件分享來了!答:在評定重複性引入的不確定度分量時,你可以設計期間精密度條件,統計數據來自不同的檢測人員的。六、如果儀器有自然的損耗,那不確定度怎麼做呢?答:定期做設備期間核查、校準,可以監控到設備的變化,性能指標變了,不確定度也應重新評定。
  • 【測量不確定度的評定】現場評審常見不符合項分析
    ——本條款要求實驗室在進行測量不確定度評估時,應識別所有可能的不確定度來源,包括抽樣。即使帶入的不確定度可能很小,也要通過測量不確定度的評估來確定該不確定度是否可以忽略。 ——不確定度的來源包括(但不限於)所用的參考標準和參考物質、所用方法和設備、環境條件、被檢測/校準物品的性能和狀態以及操作人員等。 ——認可準則第一次提出不確定度評估時要考慮抽樣對不確定度的貢獻,雖然目前抽樣對不確定度的影響還在摸索階段,但實驗室仍需儘量考慮。
  • 檢測實驗室如何作好測量不確定度的評定
    因此,用誤差來定量表示測量結果的質量是不科學和不合理的,而測量不確定度作為測量結果質量的量化指標越來越受到世界各國測量領域的重視。我國實驗室認可與國際的接軌,使在測量不確定度的表達和計算方面與國際建議相一致已勢在必行。